基于TC35i的遠程直流電源監控系統

　　2.1.1單片機

　　單片機采用通用的SST89E516，是基于8051內核帶64 KB的Flash單片機，3個(gè)16-bit定時(shí)器／計數器，1個(gè)UART，36個(gè)GPIO，支持ISP；看門(mén)狗電路、時(shí)鐘電路和掉電保存電路采用FM3104。FM3104是RAMTRON公司推出的一款高性?xún)r(jià)比的集成器件，內部集成看門(mén)狗、低壓檢測、定時(shí)器、時(shí)鐘電路和鐵電存儲器。采用I2C通信。時(shí)鐘電路和鐵電存儲器分別為兩個(gè)地址，其中鐵電存儲器用于存儲系統參數，如告警號碼、遙測告警越限值等。

　　2.1.2 TC35i接口電路

　　西門(mén)子的TC35i是一個(gè)支持中文短信息的工業(yè)級GSM模塊，其頻段為雙頻GSM 900 MHz和GSM1 800 MHz，支持數據、語(yǔ)音、短消息和傳真。系統采用16C550擴展一個(gè)串口，以TTL電平的串行口方式和TC35i通信。TC35i必須在ICT引腳設置啟動(dòng)電路，單片機采用中斷方式接收16C550數據。

　　2.1.3顯示、鍵盤(pán)電路

　　顯示電路采用128×64液晶。液晶的接口片選由GAL16V8確定。為了簡(jiǎn)化系統設計，鍵盤(pán)采用集成電路ZLG7290，單片機與ZLG7290的通信采用I2C通信方式。

　　2.1.4模擬信號采集電路

　　模擬信號采集電路是由整定、隔離和轉換3部分組成。不同的模擬信號整定電路部分不同，例如直流電壓采用精密電阻分壓法將0 V～400 V電壓整定為0 V～4 V；而交流電壓則采用電壓互感器整定為0 V～4 V；隔離電路采用線(xiàn)性光耦。

　　整定過(guò)的模擬信號經(jīng)限壓處理，一并輸入多路開(kāi)關(guān)。然后經(jīng)過(guò)壓頻轉換(V／F)后輸入CPU處理。V／F轉換采用集成電路AD654。AD654是美國模擬器件公司的一款低成本、8引腳封裝的電壓頻率(V／F)轉換器，其單電源電壓為4.5 V～36 V；雙電源電壓為5 V～18 V；輸出頻率范圍為0 kHz～500 kHz；線(xiàn)性誤差為0.06％(250 kHz時(shí))；輸入阻抗為250 MΩ；其輸入電壓范圍為單電源為0 V～Vs-4 V，雙電源為-Vs～Vs-4 V。

　　2.1.5數字信號采集電路

　　數字信號采用TLP521隔離后送至總線(xiàn)驅動(dòng)器74HC244。GAL16V8產(chǎn)生74HC244片選，單片機每隔10 ms查詢(xún)采集數字信號，并加入去抖動(dòng)處理。

　　2.1.6空接點(diǎn)輸出電路

　　空接點(diǎn)用于實(shí)現直流模塊的開(kāi)關(guān)機以及其他設備的控制。采用5 V繼電器輸出空接點(diǎn)信號。5 V繼電器控制也由總線(xiàn)控制。數據口經(jīng)74HC273和MC1413驅動(dòng)后控制繼電器。GAL16V8產(chǎn)生74HC273片選，可擴展多個(gè)空接點(diǎn)。

　　2.1.7模擬電壓給定

　　模擬信號給定采用數字DS1845電位器分壓實(shí)現。數字電位器將2.5 V基準電壓分壓后疊加總限流電壓信號，放大輸出作為直流模塊調節電壓的基準。數字電位器DS1845是Dallas Semiconductor推出具有永久性存儲器的雙電位器，該產(chǎn)品結合了兩種線(xiàn)性電位器和256位EEPROM，通過(guò)兩線(xiàn)接口，為電位器輸出、配置設定及電路內編程提供了永久性的存儲能力。

　　2.2電路可靠性設計

　　2.2.1屏蔽，隔離和吸收

　　本系統設計的通信線(xiàn)路均采用屏蔽雙絞線(xiàn)屏蔽外界干擾，并進(jìn)行光電隔離。并將各范圍內的模擬量輸人信號統一轉換為0 V～4 V的電壓信號送至A／D轉換器，為了提高系統抗干擾能力，采用差動(dòng)放大器和隔離放大器。模擬量輸出采用光電隔離。這樣，在環(huán)境噪聲較強且各測點(diǎn)間可能存在有較大的共模電壓時(shí)，現場(chǎng)信號線(xiàn)及各路信號線(xiàn)之間的絕緣良好。同樣，開(kāi)關(guān)量輸入和輸出分別采用光電隔離和繼電器隔離，以提高系統的可靠性。在通信的輸入端，直流電壓輸入端和交流電壓輸入端均增加了TVS吸收浪涌電壓。

　　2.2.2接地

　　信號接地保證同一邏輯系統的信號邏輯準確，消除同一邏輯系統的不等電位帶來(lái)的干擾，保護接地保證了系統各部分的安全工作。系統機殼可靠接大地。而數字信號地和模擬信號地單點(diǎn)連接。信號地和大地采用3KV102電容連接。

　　3系統軟件設計

　　3.1軟件設計思路

　　采用實(shí)時(shí)操作系統，即定時(shí)器T0產(chǎn)生10 ms中斷，利用10 ms中斷計數分別產(chǎn)生200 ms、500 ms和1 s任務(wù)。系統軟件模塊框圖如圖2所示。

　　3.2短消息模塊無(wú)線(xiàn)傳輸

　　短消息模塊無(wú)線(xiàn)傳輸分為告警信息主動(dòng)上傳和被動(dòng)召喚。告警信息是主動(dòng)上傳，而遙控、遙測和遙調則是通過(guò)短消息召喚或控制實(shí)現的。告警信息處理流程如圖3所示。

　　告警分為遙信告警和遙測告警。遙信告警實(shí)現方法：定義若干位為告警位，需產(chǎn)生告警的遙信接至該位置上，一旦觸發(fā)該位置遙信，則產(chǎn)生告警信息。而遙測告警是每秒鐘將遙測信息與設定的遙測告警上下限相比較，當多次越限后則產(chǎn)生報警。反之取消告警。

　　告警發(fā)送方法：CPU將不同的告警存儲在發(fā)送隊列中。當發(fā)送隊列不為空時(shí)，通過(guò)短消息模塊每秒鐘發(fā)送一條短消息。

　　短消息模塊的告警信息必須以漢字發(fā)送。而每個(gè)漢字采用UNICODE編碼，占兩字節，如"電0x7535子0x5b50"。將漢字轉換成UNICODE編碼在單片機下編程比較困難。因為直流電源監控的告警信息有限，并且微軟的操作系統提供該類(lèi)函數，所以需將所有用到的漢字以表的方式寫(xiě)入代碼空間。根據直流系統不同的告警代碼直接查取告警信息的UNICODE編碼。遙控遙調信息處理流程如圖4所示。

　　因為每條短信息發(fā)送長(cháng)度有限。所以遙控、查詢(xún)測量信息采用ASCII方式。短消息傳輸的號碼、短消息中心號碼和漢字的UNICODE編碼必須經(jīng)PDU編碼后才能發(fā)送。

　　遙控、查詢(xún)測量信息是以TEXT方式發(fā)送。當短消息模塊接收下列格式的短消息后，并且密碼正確，就將召喚直流電源信息按照接收號碼返回短消息或者下發(fā)遙控命令，返回控制結果。

　　短信內容格式："；密碼；功能碼(；內容1)(；內容2)(；……)"。其中，密碼為6個(gè)字符／數字；功能碼包含2個(gè)字符，如表1所列；內容長(cháng)度不定。如：查詢(xún)系統測量信息短信內容格式："；1234156；01"；遙控設備開(kāi)關(guān)機格式："；123456；02"。

　　4 結束語(yǔ)

　　本系統設計實(shí)現直流電源的遙控，遙調輸出和遙信、遙測輸入。針對直流電源傳輸信息少的特點(diǎn)擴展了短消息模塊，為直流電源監控設計了無(wú)線(xiàn)傳輸方案?；诙滔鬏數碾娫幢O控系統無(wú)需構建額外的無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )，而是通過(guò)現有的覆蓋面廣，運行穩定的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行專(zhuān)用的無(wú)線(xiàn)數據傳輸。對于覆蓋面廣、監測點(diǎn)分散、無(wú)人值守、傳輸數據量有限而又必須要監控的設備而言，基于短消息的電源監控系統是最佳選擇方案。